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大型電站空冷機(jī)組真空除氧器熱力性能研究
大型電站空冷機(jī)組真空除氧器熱力性能研究
眾所周知，我國西北地區(qū)富煤缺水，所建大型火力發(fā)電廠的凝汽系統(tǒng)大多采用空冷系統(tǒng)以代替耗水巨大的濕冷系統(tǒng)。然而空冷系統(tǒng)漏氧量大，大量溶入凝結(jié)水中的氧會(huì)對電廠汽水循環(huán)系統(tǒng)中的鋼制熱力設(shè)備產(chǎn)生很大的危害。因此對空冷機(jī)組的凝結(jié)水必須進(jìn)行除氧處理,以保證熱力設(shè)備的安全正常運(yùn)行。
空冷機(jī)組凝結(jié)水除氧是在真空條件下特殊情況下的除氧，本文以空冷機(jī)組凝結(jié)水除氧這一課題為研究背景，根據(jù)熱力除氧的基本原理對影響真空除氧性能的因素進(jìn)行了分析。
還進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)研究的方法，提出采用噴霧一淋水盤結(jié)構(gòu)，以低壓蒸汽(汽輪機(jī)排汽) 為熱源的真空除氧裝置。并以此噴霧一淋水盤結(jié)構(gòu)除氧裝置為研究對象，建立凝結(jié)水和補(bǔ)水真空除氧試驗(yàn)系統(tǒng)，在15kPa 壓力下進(jìn)行真空除氧試驗(yàn)，研究給水溫度，給水流量，除氧裝置加熱能力以及給水含氧量等重要參數(shù)對真空除氧性能影響。并從實(shí)驗(yàn)研究中驗(yàn)證理論假設(shè)并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，為空冷機(jī)組真空除氧器裝置的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供依據(jù)和參考。
火力發(fā)電廠采用煤炭作為一次能源，煤粉燃燒加熱鍋爐中的水使之變?yōu)楦邷馗邏旱乃羝�，然后通過汽輪機(jī)去推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。做完功的乏汽排入凝汽器中冷凝成水，然后經(jīng)低壓泵、低壓加熱器、除氧器、高壓加熱器等設(shè)備后返回鍋爐，形成閉合的汽水循環(huán)。其整個(gè)流程如圖1-1所示。
在主要的火(核) 發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)中，給水除氧是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。氧是給水管道、鍋爐等重要部件的主要的腐蝕物質(zhì)來源。這些鋼制設(shè)備受到腐蝕后，會(huì)使其壁厚減薄，應(yīng)力增加，使用壽命縮短。嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)l(fā)生設(shè)備惡性爆炸事故。此外，當(dāng)氧腐蝕鍋爐的給水系統(tǒng)和部件時(shí)，腐蝕產(chǎn)物氧化鐵會(huì)進(jìn)入鍋爐內(nèi)，沉積或附著在鍋爐管壁和受熱面上，形成難溶而傳熱不良的鐵垢，而且腐蝕會(huì)造成管道內(nèi)壁出現(xiàn)點(diǎn)坑，阻力系數(shù)增大。為延長熱力設(shè)備的使用壽命，減緩介質(zhì)中的游離氧等腐蝕物質(zhì)對設(shè)備的腐蝕，通常采用熱力或化學(xué)方法將介質(zhì)預(yù)處理，從而降低介質(zhì)中的含氧濃度以保護(hù)設(shè)備。
在火(核)電廠中，廣泛采用的是基于熱力方法分離非凝結(jié)氣體的方法，其關(guān)鍵設(shè)備是各類除氧器。除氧器按其工作壓力不同可分為壓力式除氧器、大氣式除氧器和真空除氧器。了解除氧器運(yùn)行機(jī)理及保證除氧器安全、穩(wěn)定運(yùn)行在火(核)電廠中具有非常重要的意義。
1.1給水除氧的重要性
常溫(20"C)、常壓(0.1MPa) 下自然水中的含氧量約為8mg/L,但是給水中溶解氧的含量超過0.03mg/L時(shí)，短期內(nèi)就會(huì)使給水管路和省煤器出現(xiàn)點(diǎn)狀腐蝕。給水中的溶解氧通常是造成熱力設(shè)備腐蝕的主要原因，其來源主要由鍋爐給水或熱力管網(wǎng)返回的熱水、凝結(jié)水在循環(huán)運(yùn)行中漏入空氣、汽輪機(jī)或凝汽器或凝結(jié)水泵的密封不嚴(yán)密等，它可以導(dǎo)致在運(yùn)行期間和停用期間的氧腐蝕。
在發(fā)電廠中，氧腐蝕對熱力設(shè)備有很大的危害，氧腐蝕所造成的腐蝕產(chǎn)物隨給水進(jìn)入鍋爐。在爐水循環(huán)和蒸發(fā)過程中，這些腐蝕產(chǎn)物在熱負(fù)荷較高的區(qū)域內(nèi)沉積，造成管壁傳熱不良以及產(chǎn)生潰瘍性垢下腐蝕，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成爐管漏泄和爆裂。
因此，含氧量是給水水質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，給水除氧是電站鍋爐、汽輪機(jī)的一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)要求。為了保證電廠長時(shí)間、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，要求每個(gè)電廠使用專用的除氧器設(shè)備對給水除氧�！吨腥A人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)一一火力發(fā)電廠及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》(GB/T 12145-1999)要求水質(zhì)見表1-1。
對于超臨界機(jī)組，《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一一超臨界火力發(fā)電機(jī)組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(DL/T 912-2005) 要求鍋爐給水揮發(fā)處理后含氧量S7ug/L,鍋爐啟動(dòng)時(shí)給水含氧(熱啟動(dòng)2 小時(shí)內(nèi)、冷啟動(dòng)8 小時(shí)內(nèi)達(dá)到) S30ug/L。
此外，凝結(jié)水中的溶氧也影響給水系統(tǒng)以及整個(gè)熱力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。當(dāng)含氧量較高的凝結(jié)水通過低加等回?zé)嵩O(shè)備及其附屬管道時(shí)，會(huì)對設(shè)備造成腐蝕。電廠對凝結(jié)水含氧量也有相應(yīng)的要求，《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)一火力發(fā)電廠及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》(GB/T 12145-1999) 要求超高壓發(fā)電機(jī)組，凝結(jié)水溶氧量<40ug/L,亞臨界發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水溶氧量<30~40 ug/L;《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一超臨界火力發(fā)電機(jī)組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(DL/T 912-2005) 要求超臨界發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水處理裝置前凝結(jié)水溶氧量S30ug/L。
對于工業(yè)鍋爐,《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)一工業(yè)鍋爐水質(zhì)》(GB1575-2001)中要求: 額定蒸發(fā)量s2t/h,且額定蒸汽壓力s1.0MPa 的蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐可采用爐內(nèi)加藥處理，但必須對鍋爐的結(jié)垢、腐蝕和水質(zhì)加強(qiáng)監(jiān)督。額定蒸發(fā)量26t/h 的蒸汽鍋爐，給水應(yīng)除氧。額定蒸發(fā)量<6t/h 的蒸汽鍋爐給水若發(fā)生局部腐蝕時(shí)，給水應(yīng)采取除氧措施。標(biāo)準(zhǔn)中要求當(dāng)鍋爐額定蒸汽壓力s1.57MPa時(shí)，給水(有除氧設(shè)施) 含氧量應(yīng)<0.lmg/L,當(dāng)鍋爐額定蒸汽壓力>1.57MPa 并且s2.45MPa 時(shí)，給水含氧量應(yīng)<0.05mg/L。對于額定功率S2.8MPa 的熱水鍋爐可采用爐內(nèi)加藥處理，但必須對鍋爐的結(jié)垢、腐蝕和水質(zhì)加強(qiáng)監(jiān)督。對于鍋爐額定功率24.2MPa 的熱水鍋爐必須除氧，額定功率<4.2MPa 的熱水鍋爐給水應(yīng)盡量除氧。
1.2 除氧技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和真空除氧的應(yīng)用
工業(yè)和電廠熱力系統(tǒng)采用的除氧方式主要為熱力除氧，其次為化學(xué)除氧。
熱力除氧應(yīng)用比較廣泛，不但能除去水中的溶氧，而且能除去二氧化碳和氮?dú)獾葰怏w。該除氧方法效果穩(wěn)定可靠; 除氧過程中不增加水中含鹽量，也不增加其它氣體的溶解量，是工業(yè)鍋爐、電站鍋爐的主要除氧措施。但除氧器前管路容易受水中溶氧腐蝕。
真空除氧與熱力除氧原理相同，工作壓力低于大氣壓力。真空除氧由于飽和溫度低，比壓力式熱力除氧的能耗小，因此真空除氧技術(shù)可用于對鍋爐低品位余熱的回收利用。但真空除氧對系統(tǒng)密封要求較高，適用于在電廠凝汽器除氧以及空冷機(jī)組電廠的凝結(jié)水和補(bǔ)水除氧。因?yàn)閷τ诳绽錂C(jī)組而言，由于其結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜，凝結(jié)水漏入的空氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)濕冷機(jī)組。因此對空冷機(jī)組凝結(jié)水進(jìn)行真空除氧，不但能降低凝結(jié)水溶氧量，而且在除氧過程中可回收汽輪機(jī)的部分排汽余熱，并減小空冷系統(tǒng)的負(fù)荷，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。
1.3 空冷機(jī)組除氧問題
1.3.1空冷機(jī)組概述
隨著電力工業(yè)迅速發(fā)展，火電廠中大容量、高參數(shù)汽輪機(jī)組不斷增加。這些機(jī)組在燃用大量煤炭的同時(shí)，也消耗大量的水資源。電力工業(yè)的發(fā)展速度、建設(shè)規(guī)模、規(guī)劃布局本應(yīng)與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展相適應(yīng)，但常受到煤和水資源的制約。在富煤地區(qū)，由于缺水而不能就地興建電廠，豐富的煤炭資源不能盡早開發(fā)和利用。這在宏觀經(jīng)濟(jì)上是極大的損失。為解決在“富煤缺水”地區(qū)或千旱地區(qū)的大型火電廠用水問題，發(fā)電廠凝汽系統(tǒng)采用空氣冷卻系統(tǒng)(簡稱發(fā)電廠空冷系統(tǒng))。采用空冷系統(tǒng)的發(fā)電廠稱為空冷電廠，其發(fā)電技術(shù)也稱作空冷式火力發(fā)電技術(shù)1718。
發(fā)電廠空冷技術(shù)約有50 余年的歷史，并在國際上有了迅速發(fā)展，目前已出現(xiàn)單機(jī)容量686MW 的空冷機(jī)組[19]�？绽潆姀S最大的特點(diǎn)是節(jié)水型火力發(fā)電。其全廠的節(jié)水率(與同容量濕冷電廠相比),200MW 機(jī)組為65%,每臺(tái)機(jī)組節(jié)水量約500m/h;300MW 機(jī)組為80%，每臺(tái)機(jī)節(jié)水量約560 m*/h;600MW 機(jī)組為75%，每臺(tái)機(jī)節(jié)水量約1000m2/h[20。而且不受水資源變遷、減量與水費(fèi)加價(jià)的影響。大型燃煤空冷電廠取消了龐大濕式冷卻塔，消除塔頂逸出的霧氣團(tuán)對環(huán)境的熱污染和淋水噪聲污染。為實(shí)施“節(jié)水最大化、排放最小化(全廠廢水零排放)”創(chuàng)造條件。發(fā)電廠空冷技術(shù)已成為當(dāng)前發(fā)電廠建設(shè)中的一個(gè)熱門課題[20]。
空冷電廠的實(shí)質(zhì)是以煤換水，即多消耗一定量的燃煤而獲得大幅度的節(jié)水。空冷機(jī)組的供電煤耗約增加3~8%[20)。這要求空冷電廠必須燃用當(dāng)?shù)亓畠r(jià)的劣質(zhì)煤，因此我國北方富煤缺水地區(qū)適合建設(shè)空冷電廠。當(dāng)前用于發(fā)電廠的空冷系統(tǒng)主要有直接空冷、表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)(哈蒙式間接空冷系統(tǒng)) 和混合式凝汽器間接空冷系統(tǒng)(間接空冷系統(tǒng))。直接空冷多采用機(jī)械通風(fēng)方式，兩種間接空冷多采用自然通風(fēng)(20。1) 間接空冷系統(tǒng)
間接空冷系統(tǒng),如圖1-2 所示，主要由噴射式凝汽器和裝有散熱器的空冷塔構(gòu)成。中性冷卻水進(jìn)入凝汽器直接與汽輪機(jī)排氣混合，并將其冷凝。受熱后的冷卻水絕大部分由冷卻水循環(huán)泵送至空冷塔散熱器，經(jīng)對流換熱冷卻后通過調(diào)壓水輪機(jī)送至噴射式凝汽器進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。受熱的循環(huán)冷卻水中極少部分經(jīng)凝結(jié)水精處理裝置后送至汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)(22-25]。
間接空冷系統(tǒng)是以微正壓的低壓水系統(tǒng)運(yùn)行，可與中背壓汽輪機(jī)配套;冷卻系統(tǒng)消耗動(dòng)力較低，廠用電較少; 建設(shè)投資中等，占地面積中等。但空冷散熱器耐沖洗、耐抗凍性能較差，機(jī)組帶負(fù)荷能力易受大風(fēng)影響。間接空冷系統(tǒng)適合氣候溫和、無大風(fēng)地區(qū)，帶基本負(fù)荷的環(huán)境。2)哈蒙式間接空冷系統(tǒng)哈蒙式間接空冷系統(tǒng)，如圖1-3 所示，是在間接空冷系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。鑒于間接空冷系統(tǒng)采用的噴射式凝汽器，其運(yùn)行端差實(shí)際值和表面式凝汽器端差相比不明顯。而且在噴射式凝汽器中循環(huán)冷卻水與鍋爐給水連通，由于鍋爐給水品質(zhì)控制嚴(yán)格，系統(tǒng)中要求設(shè)置凝結(jié)水精處理裝置。對高參數(shù)、大容量的火電機(jī)組,給水水質(zhì)控制和處理尤為困難，于是在單機(jī)容量300~600MW 火電機(jī)組發(fā)展了哈蒙式間接空冷系統(tǒng)與直接空冷系統(tǒng)22-251。
哈蒙式間接空冷系統(tǒng)由表面式凝汽器與空冷塔構(gòu)城，與常規(guī)的濕冷系統(tǒng)基本相同，采用空冷塔代替濕冷塔，用不銹鋼管凝汽器代替銅管凝汽器，用除鹽水代替循環(huán)水，用密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)代替開敞式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
哈蒙式間接空冷系統(tǒng)回路中，由于冷卻水在溫度變化時(shí)體積發(fā)生變化，需要設(shè)置膨脹水箱。膨脹水箱頂部和充氮系統(tǒng)連接，膨脹水箱水面上充滿一定壓力的氮?dú)�。既可對冷卻水容積膨脹起到補(bǔ)償作用，又能避免冷卻水和空氣接觸，保持冷卻水品質(zhì)不變。
哈蒙式間接空冷系統(tǒng)類似于濕冷系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)與汽水系統(tǒng)分開，兩者水質(zhì)可按各自要求控制; 冷卻水量可根據(jù)季節(jié)調(diào)整，在高寒地區(qū)，冷卻水系統(tǒng)可充入防凍液防凍; 空冷散熱器在塔內(nèi)布置，其帶負(fù)荷能力受大風(fēng)影響較小。但空冷塔占地大，基建投資多; 發(fā)電煤耗多; 系統(tǒng)中進(jìn)行兩次換熱，且都屬于面式換熱，全廠熱效率有所降低。哈蒙式間接空冷系統(tǒng)適用于核電站、熱電站和調(diào)峰大電廠。3)直接空冷系統(tǒng)
直接空冷系統(tǒng)，如圖1-4 所示，又稱空氣冷凝系統(tǒng)。直接空冷是指汽輪機(jī)的排汽直接由空氣冷凝，空氣與蒸汽進(jìn)行換熱所需的冷卻空氣通常由機(jī)械通風(fēng)方式供應(yīng)。直接空冷的凝汽設(shè)備為空冷凝汽器，是由外表面鍍鋅的橢圓形鋼管外套矩形鋼翅片的若千個(gè)管束組成的22~251。
汽輪機(jī)排汽通過管道送到空冷凝汽器內(nèi)，軸流冷卻風(fēng)機(jī)使空氣流過散熱器外表面，將排汽冷凝成水，凝結(jié)水再經(jīng)泵送回到汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)。直接空冷系統(tǒng)減少了二次換熱所需的中間冷卻介質(zhì)，換熱溫差大。
空冷凝汽器分主凝汽器和分凝汽器兩部分，主凝汽器多設(shè)計(jì)成汽水順流式，它是空冷凝汽器的主體，可冷凝75~80%的蒸汽; 分凝汽器則設(shè)計(jì)成汽水逆流式，形成空冷凝汽器的抽空氣區(qū)。設(shè)置逆流管束主要是為了能流暢地將系統(tǒng)內(nèi)的空氣和不凝結(jié)氣體排出，避免運(yùn)行中在空冷凝汽器內(nèi)的某些部位形成死區(qū)，冬季形成凍結(jié)情況。
直接空冷系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
汽輪機(jī)背壓變幅大: 汽輪機(jī)排汽直接由空氣冷凝，其背壓隨空氣溫度變化而變化。我國北方地區(qū)四季以及晝夜溫差都比較大，汽輪機(jī)要有較寬的背壓運(yùn)行范圍。
真空系統(tǒng)龐大: 汽輪機(jī)排汽需要由大直徑的管道引出，用空氣作為直接冷卻介質(zhì)，通過鋼制散熱器進(jìn)行表面換熱，冷凝排汽需要較大的冷卻面積。
國耗能大: 直接空冷系統(tǒng)所需的空氣由大直徑風(fēng)機(jī)提供，風(fēng)機(jī)能耗較高。直接空冷系統(tǒng)自耗電占機(jī)組發(fā)電容量的1.5%左右。
電廠整體占地面積小: 由于空冷凝汽器一般都布置在汽機(jī)房頂或汽機(jī)房前的高架平臺(tái)上，平臺(tái)下仍可布置電氣設(shè)備等，空冷凝汽器占地得到綜合利用。
冬季防凍措施比較靈活可靠: 間接空冷系統(tǒng)的主要防凍手段是設(shè)置百葉窗來調(diào)節(jié)和隔絕進(jìn)入散熱器的空氣量。而直接空冷系統(tǒng)可通過改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、停運(yùn)風(fēng)機(jī)或使風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)空氣凝汽器的進(jìn)風(fēng)量，可利用吸熱風(fēng)來防止空冷凝汽器的凍結(jié)。
凝結(jié)水溶氧量高: 由于直接空冷機(jī)組的真空系統(tǒng)龐大，易出現(xiàn)負(fù)壓系統(tǒng)空氣吸入;又由于機(jī)組背壓偏高，易出現(xiàn)凝結(jié)水過冷度偏大，進(jìn)一步加大了凝結(jié)水中溶氧的含量。
此外，直接空冷還有風(fēng)機(jī)群噪聲污染環(huán)境，風(fēng)機(jī)群消耗動(dòng)力大，維修工作量大，系統(tǒng)的負(fù)壓區(qū)域大，制造、施工困難，發(fā)電煤耗多等不足。
1.3.2 空冷機(jī)組凝結(jié)水溶氧超標(biāo)及危害
《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)一一火力發(fā)電廠及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》(GB/T12145-1999) 要求超高壓發(fā)電機(jī)組，凝結(jié)水溶氧量<40ppb,亞臨界發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水溶氧量S30~40ppb;《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一一超臨界火力發(fā)電機(jī)組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(DL/T 912-2005) 要求超臨界發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水處理裝置前凝結(jié)水溶氧量s30ppb。但根據(jù)已經(jīng)運(yùn)行的空冷機(jī)組情況，凝結(jié)水溶氧量普遍超標(biāo)[26。I)凝結(jié)水溶氧超標(biāo)的原因
凝結(jié)水泵備用時(shí)密封不嚴(yán): 空氣漏入泵內(nèi)使得凝結(jié)水含氧量增加。閥門密封填料老化而又沒有及時(shí)更換時(shí)，空氣漏入系統(tǒng)422]。
空冷散熱器制造或安裝存在缺陷: 空冷散熱器體積龐大，全部采用焊接連接。若焊口質(zhì)量有缺陷或在安裝時(shí)受到破壞時(shí)，空氣容易從焊縫漏入凝汽器[27]。
補(bǔ)水沒有除氧: 補(bǔ)入的除鹽水只進(jìn)行了化學(xué)處理，沒有進(jìn)行深度除氧，補(bǔ)水量大而噴淋裝置不完善，且遠(yuǎn)離抽氣系統(tǒng)不能及時(shí)析出氣體，不能滿足凝結(jié)水除氧的條件[27]。
凝結(jié)水溶氧超標(biāo)的危害
當(dāng)含氧量較高的凝結(jié)水通過低加等回?zé)嵩O(shè)備及其附屬管道時(shí)，會(huì)對設(shè)備造成腐蝕。由于氧與金屬可以產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，使各輔助設(shè)備的使用受到影響，降低了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。氧腐蝕增加鍋爐給水的含鐵量，加快鍋爐受熱面的結(jié)垢速度，降低鍋爐效率，影響鍋爐的安全運(yùn)行。此外還增加蒸汽的含鐵量，加快汽輪機(jī)葉片的結(jié)垢速度，降低汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。
回?zé)嵯到y(tǒng)采用表面式換熱器時(shí)，腐蝕產(chǎn)物附著在換熱表面，形成疏松的附著層。同時(shí)凝結(jié)水含氧過多，會(huì)在換熱表面形成一層氣膜，增大了傳熱熱阻，降低了循環(huán)熱效率[26]。
凝汽設(shè)備運(yùn)行時(shí)處于高度真空狀態(tài)，過多的空氣漏入會(huì)造成機(jī)組真空的降低，增加凝汽器內(nèi)空氣的聚集量，加重抽真空系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。凝汽器內(nèi)的不凝結(jié)氣體不能及時(shí)抽走，進(jìn)一步增加凝汽器內(nèi)空氣的聚集量，使蒸汽的放熱系數(shù)大幅度降低，從而降低凝汽器的換熱效率[26。
1.3.3 空冷機(jī)組凝結(jié)水除氧
凝汽器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生較高的真空，由于凝汽器漏入空氣和補(bǔ)水含氧量很高，需要在凝汽器的真空條件下對凝結(jié)水和補(bǔ)水除氧。凝汽器除氧不僅對凝汽器自身性能有利，而且對防止除氧器與凝汽器間的低壓加熱器及相應(yīng)的管道閥門腐蝕有很重要的作用[15,16，而且除去凝結(jié)水中的不凝結(jié)氣體也能提高凝汽器換熱效率。
現(xiàn)代汽輪機(jī)組采用回?zé)崾绞侥�，它能保證凝汽器本身在正常工況下具有很大的除氧能力。凝汽器采用回?zé)崾焦苁Y(jié)構(gòu)，利用部分排汽直通熱井水面，把熱井凝結(jié)水加熱到凝汽器壓力相應(yīng)的飽和溫度，消除凝結(jié)水過冷度[4]。
空冷機(jī)組凝汽器與常規(guī)水冷凝汽器有較大差異�？绽錂C(jī)組凝結(jié)水溶氧量較高，而且空冷機(jī)組汽輪機(jī)背壓較濕冷機(jī)組汽輪機(jī)背壓高，機(jī)組熱效率低，采用汽輪機(jī)中間抽汽除氧，效率大大降低。采用汽輪機(jī)排汽對凝結(jié)水除氧，不但降低了凝結(jié)水的溶氧量，而且一部分排汽沒有經(jīng)過空冷散熱器，減少了空冷系統(tǒng)的負(fù)荷。
空冷機(jī)組凝結(jié)水除氧主要有凝結(jié)水箱安裝除氧裝置、排汽聯(lián)合裝置內(nèi)除氧和改進(jìn)凝汽器補(bǔ)水進(jìn)入方式等127.29]。
凝結(jié)水箱安裝除氧裝置
凝結(jié)水和補(bǔ)水由凝結(jié)水箱上部通過霧化裝置噴入，噴霧裝置下增加淋水盤。并將汽輪機(jī)排汽通入除氧水箱鼓泡裝置，利用水箱鼓泡提高除氧效果[26。大同云岡熱電廠采用淋水盤除氧裝置，除氧水箱通入再熱蒸汽改善凝結(jié)水除氧效果(261。2)排汽聯(lián)合裝置除氧排汽聯(lián)合裝置是將排汽裝置與凝結(jié)水箱合二為一，將除氧裝置內(nèi)置在汽機(jī)排汽聯(lián)合裝置之中，充分利用汽機(jī)排汽對凝結(jié)水和補(bǔ)水進(jìn)行除氧。排汽聯(lián)合裝置，減少了設(shè)備，節(jié)約了管材和安裝量(27.281。山西武鄉(xiāng)2X600MW空冷機(jī)組采用排汽聯(lián)和裝置，凝結(jié)水溶氧小于40ug/L[26。
荷蘭施托克公司設(shè)計(jì)的排汽聯(lián)合裝置除氧方案。如圖1-5 所示，該方案設(shè)計(jì)采用三級(jí)除氧，并引入低壓加熱器疏水作為輔助熱源。對凝結(jié)水及補(bǔ)水進(jìn)行進(jìn)一步除氧。補(bǔ)水和凝結(jié)水通過除氧噴嘴，進(jìn)行霧化除氧。汽輪機(jī)排汽從槽板下進(jìn)入，補(bǔ)水通過槽板與排汽進(jìn)行了充分換熱，進(jìn)行補(bǔ)水除氧。凝結(jié)水通過噴嘴噴入后，在流經(jīng)一個(gè)蒸汽空間，進(jìn)行二級(jí)除氧。引入低加疏水，通過混合換熱裝置完成最終除氧。
其他排汽聯(lián)合裝置除氧方案。
方案一: 結(jié)構(gòu)布置如圖1-6 所示。排汽導(dǎo)流板將排汽裝置分成排汽流動(dòng)區(qū)和除氧加熱區(qū)。排汽在除氧加熱區(qū)內(nèi)減速、擴(kuò)壓并形成比排汽流動(dòng)區(qū)壓力略高的“高壓區(qū)”。補(bǔ)水和來自空冷凝汽器的凝結(jié)水從除氧加熱區(qū)的上部向下噴淋，由排汽加熱進(jìn)行初步除氧。除氧加熱區(qū)下部設(shè)深度除氧部件，以延長凝結(jié)水的下落時(shí)間，使凝結(jié)水有較長的時(shí)間深度除氧。流經(jīng)除氧加熱區(qū)的排汽只有一小部分用于加熱補(bǔ)水和凝結(jié)水，大部分排汽與析出的氧氣一起從右下方進(jìn)入排汽管道，與流動(dòng)區(qū)的排汽匯合至空冷凝汽器冷凝(27.28.30]。
方案二: 結(jié)構(gòu)布置如圖1-7 所示。排汽導(dǎo)流板將排汽裝置分成主流區(qū)和除氧區(qū)。除氧區(qū)上部有抽氣管，補(bǔ)水和來自空冷凝汽器的凝結(jié)水從除氧區(qū)上部向下噴淋，除氧區(qū)的中下部設(shè)置深度除氧部件。排汽逆流而上加熱補(bǔ)水和凝結(jié)水。除氧區(qū)的下部排汽含氧量較低，有利于凝結(jié)水的深度除氧。析出的氧氣與剩余蒸汽聚集在除氧區(qū)頂部，由抽氣管排出127.2830。
改進(jìn)補(bǔ)水方式
除鹽水溫度基本為環(huán)境溫度，通常低于凝結(jié)水箱中凝結(jié)水溫度。大量的低溫除鹽水在沒有經(jīng)過任何加熱情況下直接補(bǔ)入凝結(jié)水箱，其中溶氧不能析出，因此需要改進(jìn)補(bǔ)水方式[1]。
D 補(bǔ)水引入空冷島: 將機(jī)組補(bǔ)水直接引入空冷凝汽器單元管束(最先投運(yùn)，最后退出)的蒸汽分配管上。補(bǔ)水進(jìn)入蒸汽分配管后，呈霧狀噴出。利用汽輪機(jī)排汽將補(bǔ)充水加熱。由于落差大，汽水有充分的接觸時(shí)間，能夠保證補(bǔ)水被加熱到飽和溫度，析出的氣體被真空泵從抽氣管道排到大氣(2230。由于補(bǔ)入點(diǎn)位置較高，因此補(bǔ)水泵需要有足夠的揚(yáng)程保證補(bǔ)水能進(jìn)入空冷島。
補(bǔ)水補(bǔ)入排汽裝置: 將補(bǔ)水補(bǔ)入排汽裝置，利用汽輪機(jī)排汽將噴出的除鹽水加熱到相應(yīng)壓力下的飽和溫度。除鹽水補(bǔ)入時(shí)需要被霧化，霧化效果越好，與汽輪機(jī)排汽的換熱越好，而且補(bǔ)水的負(fù)荷不能有大的波動(dòng)，防止由于霧化效果不理想導(dǎo)致除氧效果惡化22。由于補(bǔ)水管道可以布置在室內(nèi)，因此能有效防止管道冬季凍結(jié)。
空冷機(jī)組真空除氧總結(jié)
我國空冷機(jī)組起步較晚，但是發(fā)展迅速。由于空冷機(jī)組適合干旱缺水的環(huán)境，節(jié)約用水十分顯著。針對于我國北方地區(qū)，特別是山西、陜西、內(nèi)蒙等地區(qū)，氣候干旱，但是煤炭資源十分豐富，很適合發(fā)展空冷機(jī)組電廠。由于空冷機(jī)組凝結(jié)水超標(biāo)問題比較普遍，為了解決這個(gè)問題，可以利用凝汽器的真空條件下，對凝結(jié)水和補(bǔ)水進(jìn)行真空除氧。
空冷機(jī)組凝結(jié)水除氧有凝結(jié)水箱增加除氧裝置、排汽聯(lián)合裝置除氧和優(yōu)化補(bǔ)水方式等。凝結(jié)水箱增加除氧裝置除氧，結(jié)構(gòu)簡單，但是由于淋水盤對負(fù)荷適應(yīng)性有限，當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，需要依靠水箱鼓泡裝置改善除氧效果。排汽聯(lián)合裝置除氧，應(yīng)用方案較多，而且已經(jīng)應(yīng)用到一些電廠，但在凝結(jié)水、補(bǔ)水完全除氧和加熱消除凝結(jié)水過冷等問題上仍有不足!28，排汽聯(lián)合裝置除氧仍需深入研究。優(yōu)化補(bǔ)水方式采用將補(bǔ)水引入排汽管，利用汽輪機(jī)排汽加熱補(bǔ)水到飽和，當(dāng)補(bǔ)水負(fù)荷、汽輪機(jī)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，除氧效果不理想。采用將補(bǔ)水引入空冷島，由于補(bǔ)水溫度較低，在冬季容易造成空冷島凍結(jié)。
由于空冷機(jī)組真空除氧器性能在應(yīng)用中不夠理想，除氧設(shè)備應(yīng)用仍然存在問題，而且國內(nèi)對真空除氧性能研究有限。因此應(yīng)加強(qiáng)空冷機(jī)組真空除氧性能的研究，改善空冷機(jī)組真空除氧效果，普及空冷機(jī)組真空除氧設(shè)備，從而保證凝結(jié)水溶氧滿足電廠要求。
以空冷機(jī)組凝結(jié)水除氧為研究背景，根據(jù)熱力除氧基本原理對影響真空除氧性能的因素進(jìn)行分析，然后提出采用噴霧一淋水盤結(jié)構(gòu)，以低壓蒸汽(汽輪機(jī)排汽) 為熱源的真空除氧器裝置。排汽直接進(jìn)入除氧器汽空間，蒸汽能更好地充滿除氧器空間，有利于蒸汽與給水換熱。為進(jìn)一步驗(yàn)證上述構(gòu)思并應(yīng)用于實(shí)踐，以噴霧一淋水盤結(jié)構(gòu)除氧裝置為研究對象，建立凝結(jié)水和補(bǔ)水真空除氧試驗(yàn)系統(tǒng)，在15kPa 壓力下進(jìn)行真空除氧試驗(yàn)，研究給水溫度，除氧器加熱能力，給水流量以及給水含氧量等參數(shù)對真空除氧性能影響。經(jīng)過大量試驗(yàn)并研究了相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)研究取得了真空除氧相應(yīng)的規(guī)律，為空冷機(jī)組外置式真空除氧器及內(nèi)置式排汽除氧裝置的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供可靠依據(jù)。